[实用新型]一种红外大景深面阵成像探测芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于红外成像探测技术领域，更具体地，涉及一种红外大景深面阵成像探测芯片。

背景技术

进入新世纪以来，红外焦平面成像探测技术持续快速发展。通过将红外CCD、CMOS或FPAs等面阵光敏结构置于成像光学系统的焦面处，构成其基本的成像探测架构。一般而言，成像探测物空间中的特定目标，需要根据物距情况确定成像光学系统焦长，即对物空间中与焦长匹配的特定物距处的目标或景物进行对焦操作。该操作意味着成像视场中仅与特定焦长对应的物距处的目标其出射光波，才能经成像光学系统收集后被有效压缩在焦面处，构成与目标辐射特征相一致或高度接近的能流场，进而通过阵列化光电转换得到图像信息。特定物距处的目标或景物，被面阵光敏结构通过成像光学系统进行平面网格状划分，单元网格所界定的目标结构出射的红外波束，则被聚焦在相应的光敏元上。在确定成像系统的空间分辨率，保证聚焦光斑应覆盖每一光敏元并满足光敏材料的光电灵敏阈要求这一前提下，聚焦光斑的结构尺寸可作一定程度的改变而不影响光电转换操作，如由大到小到最小到增大到最大这一典型情形。换言之，面阵光敏结构在成像光学系统焦面处的摆放位置可作一定程度的调整，使成像光学系统呈现一定的焦深。景深则是焦深在物空间的对应表征，即获得清晰图像这一前提下，目标能够在物空间前后移动的最大距离，或单焦长清晰成像的物空间深度。目前，常规成像光学系统的景深极为有限，在景深范围内获得清晰的目标和场景图像时，也将得到与清晰图像共生的，成像视场中其它位置处的模糊环境图像。迄今为止，如何增大成像光学系统的景深，一直以来都是成像探测领域的研究热点，受到了广泛关注和重视。

在现有技术条件下，与基于特定焦长进行清晰成像的有限焦深对应的景深极为狭窄。成像探测物距不同的多尺度目标时，由于光敏阵列已固置，需利用变焦系统调节焦长。在典型的单幅成像画面中，除清晰的目标像以及有限景深/焦深所刻画的局域清晰景物，还有因物距显著改变所呈现的模糊景象等。通过变焦对物空间中远近不同的多尺度目标进行成像探测，意味着连带变更与目标有相同或相近物距的景物。通常情况下，机械变焦其转换时间长，存在长焦像质降低和视场收缩等缺陷。多焦长并行式的成像架构则存在可配置的焦长数量有限，系统结构复杂，外形尺寸、体积和质量较大，成像设备本身以及运行和维护成本相对较高，图像匹配复杂等问题。另一方面，一般意义上的电子变焦，仅通过处理图像数据，基于图像的形态或灰度变化来显现变焦特征，其效能有限。迄今为止，基于面阵红外探测器技术的不断改进、完善和升级，如何进一步实现单焦长/大景深、大视场/高空间分辨率兼容的成像探测与数字目标图像构建，已成为先进红外成像技术所面临的重点和难点问题，迫切需要新的突破。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种红外大景深面阵成像探测芯片，可实现较大景深内多尺度目标的清晰成像，测量精度高，目标和环境适应性好，使用方便，易与常规红外光学系统匹配耦合。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种红外大景深面阵成像探测芯片，其特征在于，包括面阵红外折射微透镜、面阵非制冷红外探测器和驱控预处理模块；其中，所述面阵非制冷红外探测器位于所述面阵红外折射微透镜的焦面处，包括多个阵列分布的子面阵非制冷红外探测器，每个子面阵非制冷红外探测器包括数量和排布方式相同的多个阵列分布的光敏元；所述面阵红外折射微透镜包括多个阵列分布的单元红外折射微透镜，每单元红外折射微透镜与一个子面阵非制冷红外探测器对应；所述面阵红外折射微透镜用于将目标的红外汇聚光波再聚焦，使来自物空间不同物距处多尺度目标的红外汇聚光波离散化排布，并聚焦在多个子面阵非制冷红外探测器上，使来自物空间的某一目标的红外汇聚光波定向聚焦在多个子面阵非制冷红外探测器相同位置的光敏元上；所述面阵非制冷红外探测器用于将汇聚在多个子面阵非制冷红外探测器上的光波转换成电信号，得到来自物空间不同物距处多尺度目标各自对应的阵列化的红外光电响应信号；所述驱控预处理模块用于将阵列化的红外光电响应信号量化，并进行非均匀性校正，生成不同物距处多尺度目标的红外图像数据。

优选地，所述子面阵非制冷红外探测器为m×n元，其中，m、n均为大于1的整数。

优选地，所述驱控预处理模块采用SoC与FPGA结合的结构。

优选地，所述驱控预处理模块还用于为所述面阵非制冷红外探测器提供驱动和调控信号，驱动所述面阵非制冷红外探测器工作，并对所述面阵非制冷红外探测器转换的电信号进行调控。